Экструзионный метод производства полимерных пленок

Для подготовки расплава при производстве рукавных и других экструзионных пленок можно использовать следующие виды экструдеров: червячные прессы, дисковые экструдеры, комбинированные червячно-дисковые и дисково-червячные экструдеры, каскадные экструдеры.

Пленочный рукав  можно охлаждать с наружной и  внутренней поверхностей устройством, в котором в качестве хладагента используют воздух или жидкость.

В обоих случаях  хладагент в виде концентрической  сходящейся струи подается на поверхность рукава. При охлаждении жидкостью используют устройства, в которых пленка либо погружается непосредственно в жидкость (окунание), либо контактирует с поверхностью насадки, охлаждаемой жидкостью, либо охлаждается стекающей по пленке жидкостью.

Способ экструзии  полимерного рукава раздувом выгодно  отличается простотой и экономичностью при производстве из различных термопластов широкого ассортимента пленок шириной 50-24000 мм, толщиной 0,005-0,5 мм.

3.1.2. Производство  плоских пленок, их свойства.

 

Процесс производства плоских пленок заключается а следующем: расплав из экструдера подается через фильтр в плоскощелевую головку, далее образованное пленочное полотно поступает в охлаждающее устройство, затем в тянущее, обрезное и намоточное.

В основном используют два способа охлаждения плоской пленки: на валках или в ванне с водой. Плоская пленка, полученная   быстрым охлаждением при окунании в ванну с водой или подачей расплава на полированный металлический валок, имеет ряд положительных свойств, например, высокие прозрачность и глянец, повышенную жесткость и прочность и т. д. Благодаря этим свойствам ее широко используют в качестве упаковочного материала. Изготовляют плоские пленки преимущественно из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, поливинилхлорида.

Методом экструзии через плоскощелевую  головку изготовляют как товарную пленку, идущую непосредственно в потребление, так и заготовки для последующей ориентации.

При экструзии через плоскощелевую  головку достигаются скорости изготовления пленки, превышающие в 2-3 раза скорости приема рукавной пленки. Однако изготовление широких (более 1500 мм) плоских пленок связано с большими техническими трудностями и экономически не оправдано.

 

3.2. Каландровый метод производства полимерных пленок.

 

Каландрование - это непрерывное  формирование пленки из расплава полимера в зазорах между вращающимися валками. Для получения тонкой равнотолщинной пленки с гладкой поверхностью полимер последовательно пропускают через несколько зазоров.

В основном каландровым способом изготовляют  пленки из жестких и мягких композиций поливинилхлорида. Полимер и другие компоненты загружают в смеситель, где обеспечивается получение гомогенной смеси, которая затем поступает в экструдер или на вальцы. Из экструдера (с вальцев) гомогенный расплав в виде ленты или жгута поступает в зазор каландра, где формируется пленочное полотно.

Для изготовления пленок используют многовалковые каландры с различным расположением валков. Хорошее качество пленки обеспечивается при прохождении пленки через три зазора. Из последнего зазора пленка поступает в охлаждающее устройство, состоящее из нескольких барабанов, где пленка охлаждается за счет контакта с их поверхностью. После обрезки кромок пленка наматывается в рулоны с помощью намоточного устройства.

Каландровым методом можно изготовлять  пленки толщиной от 0,08 до 0,5 мм со скоростями приема тонких пленок более ,100 м/мин.

3.3. Методы получения  комбинированных пленок.

 

Многослойные пленки, полученные методом  соэкструзии двух и более гомогенных полимеров, - это лишь один из видов комбинированных пленок, применяемых в промышленности. Вообще к комбинированным пленкам относят изделия, в которых полимер: нанесен на различные ленточные текстильные, бумажные, полимерные, металлические и другие основы (пленочный материал с полимерным покрытием); соединяет и связывает перечисленные основы (дублированные пленки, материалы); экструдируется одновременно в два или несколько слоев (многослойные соэкструзионные пленки); имеет в своей структуре внедренные текстильные, металлические, полимерные и другие армирующие каркасы (армированные пленки, материалы).

В материалах с покрытием пленкообразующее вещество составляет незначительную долю в общем объеме при толщине покрытия от 0,008 до 0,08 мм. В таких изделиях явно преобладают свойства основы, а полимерное покрытие, как правило, предназначено для придания поверхности изделия необходимых защитных или декоративных свойств с сохранением текстуры или рисунка основы. Дублированные пленки набирают из двух или более основ, обеспечивающих определенный комплекс свойств конечного изделия. Поверхности такой пленки сохраняют вид и свойства поверхностей основ. Многослойные соэкструзионные пленки являются разновидностью дублированных, только дублирование в этом случае происходит непосредственно в процессе экструзии. В армированные пленки каркас (например, сетка или отдельные нити, волокна) вводят для повышения прочностных показателей пленки с сохранением определенных свойств самой пленки - светопроницаемости, газопроницаемости и др.

Комбинированные пленки изготовляют  экструзионным, экструзионно-валковым или валковым методами. В данной работе из всего многообразия процессов изготовления комбинированных пленок рассмотрены только те, в которых пленкообразующее полимерное вещество формируется в полотно из расплава.

3.4. Методы физической  и химической модификации пленок.

 

Физической модификацией является механическое воздействие на сформировавшуюся структуру полимера при определенных температурных режимах. Такими методами изготовляют ориентированные пленки.

3.4.1. Производство ориентированных пленок.

 

Одним из эффективных способов улучшения  физико-механических свойств и расширения возможностей применения термопластичных пленок является метод структурной модификации - ориентация. Изменяя степень ориентации, определяемую температурой ориентации, скоростью и степенью вытяжки, а также скоростью (темпом) охлаждения, можно получать пленки с различными физико-механическими показателями.

Ориентированные пленки изготовляют  в основном из полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата и других полимеров.

В зависимости от назначения пленки получают одно- или

двухосноориентированные. Существуют два основных метода ориентации пленок: механическое растяжение плоских пленок; пневматический раздув и механическое растяжение пленочного рукава. В производстве ориентированных пленок первый из этих методов нашел большее распространение. Производство двухосноориентированных плоских пленок осуществляют по двум принципиально отличным технологическим схемам: одно- и двух- стадийной (раздельной).

Ориентация пленки в продольном и поперечном направлениях при одностадийной схеме одновременно происходит на одной установке, а при двухстадийной – на двух отдельных установках.

3.4.2. Производство  химически-модифицированных пленок.

 

Одним из путей направленного влияния на свойства полимеров и изделий из них является химическая модификация, связанная с изменением химического строения молекул и характера связи между ними.

Например, ультрафиолетовым облучением или радиацией в термопластах можно создавать пространственно-сетчатые структуры.

Модифицированием полиэтиленовых пленок ионизирующими излучениями можно получить термоусадочные пленки, а при включении операции термостабилизации –высококачественный пленочный материал с высокой стойкостью и долговечностью в условиях длительного воздействия повышенных температур и нагрузок, агрессивных сред.

Примером использования эффекта  упрочнения является производство мешков для затаривания из полиэтилена низкой плотности. В связи с увеличением после облучения разрушающего напряжения при растяжении и ударной вязкости появилась возможность уменьшить толщину пленки.

В таком процессе сложенный пленочный  рукав или плоская пленка после тянущего устройства через систему отклоняющих роликов направляется в ускоритель электронов (или камеру сшивки). В ускорителе пленка облучается, переходит в камеру термостабилизации, разогревается до температуры стабилизации и выдерживается при этой температуре необходимое время. Затем пленка охлаждается и сматывается в рулоны.

На практике наиболее широкое распространение  нашел метод радиационной модификации пленок, который позволяет наиболее существенно влиять на физико-механические свойства пленки.

4. Изготовление резиновых  смесей методом литья под давлением.

 

Литье под  давлением резиновых смесей известно было еще в 1930— 1940 гг. Однако самым  распространенным видом литьевого  оборудования длительное время были литьевые прессы, используемые для  заполнения форм при производстве резиноемких изделий или деталей сложной конфигурации. Вулканизация осуществлялась на прессах или в автоклавах.

 Машины  для литья под давлением резиновых  смесей классифицируют по объему  отливки, по принципу действия  инжекционного механизма (плунжерные, червячно-плунжерные, червячные с предварительной пластикацией и без нее), по компоновке инжекционной и прессовой части (горизонтальные, вертикальные, угловые), по числу прессовых узлов (одно- и многопозиционные) и по другим признакам.

 Литье  под давлением — метод, формования  изделий из пластмасс и резиновых смесей в литьевых машинах, заключающийся в размягчении материала до вязкотекучего состояния и последующем перемещении его в литьевую форму, где материал затвердевает при изменении температуры, приобретая конфигурацию внутренней полости формы. Этим методом получают изделия с толщиной стенок 6 —10 мм (в редких случаях 15 — 20 мм).

Литье в плунжерных прессах. Н. В. Коропальцевым был предложен, разработан и введен в производство метод выполнения заготовок путем продавливания резиновой смеси в вулканизационную форму на плунжерных литьевых прессах с одним рабочим гидравлическим цилиндром. Разогретую резиновую смесь (рисунок 4.1) загружают в литьевой цилиндр 7. Отсюда смесь давлением напорного штока 2 вытесняется в помещенную под цилиндром форму 3. В дне цилиндра и в крышке формы имеются литьевые каналы 4 и 5. Для облегчения центровки их между формой и цилиндром помещается центрующая шайба 6. Напорный шток прикреплен к верхней траверсе пресса 7; форма устанавливается на нижней плите пресса 8. Поступательное движение нижней плиты приводит в соприкосновение форму и шайбу с дном цилиндра, а затем вводит напорный шток в литьевой цилиндр. Резиновая смесь сдавливается, текучесть ее повышается и через литьевое отверстие смесь в виде тонкого шнура поступает в полость формы. Подъем нижней плиты продолжают до тех пор, пока вся полость формы не будет заполнена резиновой смесью. Этот момент определяется выходом смеси через контрольное отверстие в форме. Количество отливок, которые можно сделать из одной закладки в литьевой цилиндр, зависит от емкости форм; возможна точная дозировка закладки в сменный контейнер для заполнения одной формы. Состав резиновой смеси и вид каучука в ней влияют на условия литья; но и применение метода литья сказывается на свойствах резины. Модуль бутадиен-нитрильных резин увеличивается при этом методе обработки; модуль резин из бутилкаучука уменьшается. Поскольку при литье на вулканизацию поступают горячие отливки — цикл вулканизации сокращается в отдельных случаях до 20 с.

Литьевые прессы в 1000 и 3000 кН в своей основе близки к гидравлическим вулканизационным прессам, но вместо нагревательных плит в них вмонтирована подвижная траверса с литьевым цилиндром, движущаяся в направляющих. Рама уравновешивается противовесом; для возвращения ее в исходное положение с боков пресса имеются ретурные цилиндры.

Рисунок 4.1 –  Схема процесса литья резины под давлением

 

Резиновая смесь, сдавливаемая в литьевом цилиндре напорным штоком, смещается по направлению к литьевому отверстию. Скорость и характер вытекания смеси из цилиндра в литьевое отверстие и дальнейшее ее течение в форме зависят от ряда производственных факторов. Когда резиновая смесь, выдавливаемая в форму в виде одного или нескольких шнуров, заполнит полость формы, течение смеси прекращается; давление внутри отлитой заготовки повышается и действует на стенки формы. Если горизонтальная проекция полости формы меньше площади напорного штока, то давление резиновой смеси на форму будет ниже рабочего усилия, и движение гидравлического плунжера автоматически прекратится. Если же горизонтальное сечение полости формы больше площади штока, то развивающееся внутри формы давление может повести к раскрытию формы. Отсюда для выполнения больших отливок необходимо или увеличивать диаметр напорного штока, или снабжать формы механическими затворами, или применять не одно- а двухцилиндровые прессы. В форме, вынутой из литьевого пресса, снятие давления, возникшего в отлитой заготовке, иногда ведет к тому, что форма раскрывается расширяющейся резиновой смесью. Последующая запрессовка формы при вулканизации вызовет образование заусенцев. Этого можно избежать, если практиковать отливку в прочно замкнутые заранее формы и тотчас по отливке заглушать литьевой канал. Подобный прием «уплотненного литья», обеспечивая высокое давление в форме во время вулканизации, повышает качество изделий. Для заполнения формы достаточно одного литникового канала в крышке формы. Для больших или сложных отливок делают несколько литниковых каналов. Наличие нескольких литниковых каналов приводит к соответственному количеству спаев резины в отлитой заготовке. Сцепление по поверхности зависит не только от свойства резины и чистоты поверхности каналов, но и от формы их. При наличии загрязнений (смазкой, тальком и т. п.) место спая может оказаться недостаточно прочным. Поэтому для отливок кольцевых заготовок более удобны щелевидные литниковые каналы. Обработка одной формы на прессе в 1000 кН занимает 25—30 с, включая отливку 10 Н смеси, продолжающуюся около 10 с.

Литье под  давлением значительно сокращает  число операций приготовления заготовки (отпадает надобность в каландровании, резке заготовок, ручной склейке и т. д.), обеспечивает хорошее заполнение формы и точно дозирует заготовку по объему гнезда формы. Этот метод при изготовлении значительных по габаритам изделий или изделий сложного очертания более удобен, чем формование. Он также успешно заменяет накатку или профилирование в   производстве   полых   цилиндрических   заготовок.    Заполнение формы горячей (80—100°С) резиновой смесью ведет к сокращению времени вулканизации по сравнению с формованием без предварительного нагревания заготовок.